为了研究电控相位延迟对矢量涡旋光偏振态的影响规律, 采用半波液晶可变延迟器和液晶q波片搭建了电控矢量涡旋光的全斯托克斯偏振测试实验装置, 进行了电控矢量涡旋光的斯托克斯参量传输特性的Muller矩阵分析和实验验证。通过对输入偏振光进行连续相位调控, 获得了其通过调谐q波片后的输出光束偏振态演变规律。结果表明, 电控相位延迟会改变角向和径向偏振光的局域偏振椭偏度, 且随电压变化呈线性关系, 同时偏振态演变会影响矢量涡旋光的输出光强。 此研究对于探索电控矢量涡旋光的偏振转换有着重要的意义。

雾天环境下拍摄图像时，雾、霾等介质导致图像模糊、对比度低、色彩暗淡。结合大气散射模型与偏振光原理，实现了利用斯托克斯参数获取亮度最大和亮度最小的双角度偏振图像，并通过新提出的四分图像暗通道均值比较法，准确估计出场景中无穷远处大气光强值，最终将有雾图像恢复到无雾图像。所提方法在薄雾和浓雾环境下均取得了较好的实验结果，在两种环境下图像NRSS（no reference structural similarity）和平均梯度均有较大提升。

入射光偏振态的选择对基于偏振特性的光纤压力传感系统性能有着重要影响。以提高传感灵敏度和线性度为目标,提出了一种基于Muller矩阵的简单快速的最佳入射光偏振态优化方案,取代传统的偏振态“盲调”,利用基于压电陶瓷的挤压装置和偏振检测计,在实验中获得了灵敏度为0.2410 N -1、线性度为99.9%的最佳传感性能,实验结果与理论预期吻合较好。所提方案可以大幅度提高基于光纤偏振特性的传感系统的性能并扩展其实用价值。

针对环境温度、电压、入射角等因素变化对基于声光可调谐滤波器(Acousto-optic tunable filter, AOTF)和液晶可变延迟器(Liquid crystal variable retarder, LCVR)的光谱偏振成像测量精度影响大, 且整个系统实现复杂等缺点; 考虑到超消色差波片对温度和波长依赖小, 结合AOTF高光谱成像的优点, 提出了基于超消色差1/4波片和AOTF的高光谱全偏振成像新方法。详细分析了该方法的工作原理, 并结合可购买到的最好超消色差1/4波片中相位延迟和快轴随波长的微小波动, 进而分析了该波动对偏振测量的影响, 并针对这些影响研究了修正策略。搭建了原理样机, 对450~950 nm波段进行了偏振测量, 修正后偏振度测量误差≤1%, 对偏振方向的测量偏差≤1.8°, 以633 nm为例, 对其全Stokes参量图像进行了具体原理及修正测量验证实验, 结果表明, 该新技术原理正确, 修正策略可行。该研究可为复杂条件下高精度、高光谱全偏振成像技术提供新的理论和实现方案。

为实现在单次成像条件下获取图像的光谱偏振信息, 提出了一种基于强度调制的编码孔径测量方法。该方法采用消色差1/ 4波片、多级相位延迟器和检偏器组成的光谱偏振强度调制模块, 将入射光的Stokes参量各元素谱调制到不同的频率上, 利用编码孔径和色散棱镜组成的光谱成像系统对该调制光谱进行压缩编码, 并通过CCD进行探测。利用TwIST算法重构出经调制的光谱信息, 对各个频谱通道进行分离重构出Stokes元素谱。以单一像素点为例, 对入射光强度调制、光谱重构及Stokes参量的解调进行了数值模拟。结果表明: 该方法可实现对稀疏图像的光谱偏振信息的获取, 该过程仅需对图像进行一次测量, 因此具备高速获取能力。

近年来, 偏振关联成像受到了研究学者的广泛关注, 其在目标探测、特征提取等领域有着一定的应用价值。全Stokes偏振关联成像系统可以获得目标的多个偏振态图像, 利用这些图像可分别从不同的角度分析目标的本征偏振信息, 但是这些图像之间具有很强的互补性和冗余性。为此将HSL-RGB图像融合技术应用于偏振关联成像系统中, 将系统获取的多个偏振图像进行有效地融合, 来全面描述目标结构, 提高目标探测识别效能。实验结果表明该融合技术在提高偏振关联成像系统识别和探测性能上效果显著。

偏振相函数是气溶胶重要的光学参数之一, 它对气溶胶复折射指数、 粒子尺度和形状都十分敏感。 多角度多光谱偏振遥感可以有效获取气溶胶偏振相函数信息。 新一代CIMEL太阳-天空偏振辐射计CE318-DP作为高精度地基气溶胶偏振遥感仪器已被引入全球气溶胶自动观测网AERONET(AErosol RObotic NETwork), 并作为扩展多波长偏振测量的太阳-天空辐射计观测网SONET(Sun/sky-radiometer Observation NETwork)的主要仪器, 已在不同类型气溶胶观测站点积累了多年的偏振数据。 但目前偏振反演仅能利用线偏振度或偏振辐亮度。 与线偏振度和偏振辐亮度相比, Stokes参数Q和U不仅包含天空光线偏振强度信息还包含偏振方向信息。 利用CE318-DP多光谱多角度测量的天空光Stokes参数Q和U反演气溶胶偏振相函数的方法。 针对CE318-DP标准主平面偏振观测模式PPP(Polarized Principal Plane)下Stokes参数U对气溶胶特性变化不敏感、 信息难以利用的不足, 测试了新的平纬圈偏振扫描模式ALMP(ALMucantar Polarization)获取Stokes参数Q和U, 并成功应用于偏振相函数的反演。 系统分析了340～1 640 nm多光谱通道上典型生物质燃烧型气溶胶和水溶性气溶胶的-P12/P11反演结果并测试了反演方法在晴朗和灰霾不同大气条件下的适用性。 无论在主平面还是平纬圈观测几何下, 反演结果在可见光和近红外通道上均与真实值具有较好的一致性。 进一步讨论了模型中基于气溶胶参数初始值和大气气溶胶参数真实值计算的“大气单次散射/大气散射”的比值近似相等的假设条件在短波通道不能很好地满足是造成紫外波段反演结果偏差较大的原因之一。 后续有待进一步提高反演模型在短波通道的适用性, 为利用不同光谱通道上-P12/P11的变化特征改进气溶胶微物理参数反演奠定了基础。